Controle preditivo distribuído de processos lineares

The main purpose of a plant control is to coordinate the various interactions between the subsystems that compose it. The subsystems of a plant are usually designed independently or added later with the evolution of the installed plant. These changes usually occur motivated by production requirements or environmental regulations. Most large-scale systems implement the decentralized control as control strategy. But for subsystems with strong interactions, this approach can lead to unacceptable performance. Furthermore, centralized control is able to address optimally the problem of interaction, but with high structural and organizational costs, making costly such a complex structure and upgrade maintenance. A structure that preserves the topology and exibility of decentralized control and at the same time may offer a nominal closed-loop stability guarantee is the distributed control approach. In this control structure, the interactions between subsystems are modeled and information between the subsystems is shared between them. In this work , the plant model decomposition is proposed directly on the state space (A, B and C) matrices realization description, which has interactions between states, between states and inputs and between states and outputs. Each new subsystem has a subset of inputs and the selection of the states belonging to this subsystem is made through the analysis of the states that are excited by the subset of input selected for each subsystem. A decomposition algorithm is introduced that gives a set of controllable subsystems using a subset of the available inputs. The proposed DMPC was successfully evaluated in 4 studies of different cases and their performances compared with other control strategies (centralized and decentralized). The sequential and parallel structures were also evaluated and cases that the control problem with constrains on the manipulated variables was considered. The results show that the proposed DMPC presents performance satisfactory for the DMPC sequential and the order of MPC controllers is an important parameter in the design of this structure, for the first three examples. The parallel structure did not favor the performance of the proposed DMPC, except for the case study # 4, in which there are no differences between sequential and parallel structures.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorMestre em Engenharia QuímicaO objetivo básico de um controle de planta é o de coordenar as várias interações existentes nos subsistemas que compõem a mesma. Os subsistemas de uma planta são em geral projetados de forma independente ou adicionados posteriormente com a evolução da planta instalada. Essas alterações em geral ocorrem motivadas por exigências de produção ou por regulamentação ambiental. A maioria das grandes plantas químicas implementam o controle descentralizado como estratégia de controle. Mas, para subsistemas com fortes interações, essa estratégia pode levar a um desempenho não aceitável. Por outro lado, o controle centralizado é capaz de abordar o problema de interação de forma ótima, mas com custos estruturais e organizacionais elevados, tornando tal estrutura de complexa atualização e manutenção. Uma estrutura que preserva a topologia e exibilidade do controle descentralizado ao tempo que oferece propriedades de estabilidade é o controle distribuído. Nessa estrutura de controle, as interações entre os subsistemas são modeladas e informações entre os subsistemas são compartilhadas entre os mesmos. Neste trabalho, a decomposição de sistemas é realizada com base nas matrizes (A, B e C) da representação em espaço de estados do sistema, em que representam interações entre estados, entre estados e entradas e entre estados e saídas. Cada novo subsistema tem um subconjunto de entradas e a seleção dos estados pertencentes a cada subsistema é feita pela análise dos estados que são afetados pelo subconjunto de entradas e que afetam as saídas controladas. Os subsistemas gerados devem satisfazer a condição de controlabilidade. A proposta de DMPC (Controle Preditivo Distribuído) desenvolvida foi avaliada em 4 estudos de casos distintos e seus desempenhos comparados com estratégias de controle centralizada e descentralizada. As estruturas sequencial e paralela também foram avaliadas, e considerou-se casos em que o problema de controle apresentava restrições nas variáveis manipuladas. Os resultados obtidos mostram que a proposta DMPC desenvolvida apresenta resultados satisfatórios para a estrutura sequencial e a ordem dos controladores MPC é um parâmetro importante na formulação dessa estrutura, para os três primeiros exemplos. A estrutura em paralelo não favoreceu o desempenho da estratégia DMPC proposta, exceto para o estudo de caso # 4, em que não há diferenças entre as estrutura sequencial e paralelo